CN103740347A - 高性能铝酸钙油井水泥 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能铝酸钙油井水泥，属于石油天然气固井的油井水泥领域，包括如下重量份的组分：100份铝酸钙油井水泥，20～40份硅粉、0～10份微硅粉、0～2份流型调节剂、0～5份降失水剂、0～5份缓凝剂。本发明的水泥石养护7d后强度大于80MPa，后期强度稳定，水泥具备较强的抗盐和抗酸能力。在本发明所述的掺量范围内，水泥浆流变性良好，水泥石高温高压下力学性能稳定。

Description

高性能铝酸钙油井水泥
技术领域
本发明涉及一种井水泥，尤其是具有良好的力学性能和化学稳定性的高性能铝酸钙油井水泥，适用于地层中的酸性以及需要早强的环境，可用于石油天然气井或地热井钻井工程的固井作业中。
背景技术
固井就是用某种手段把裸眼井段内下入的套管串与地层之间进行有效封固。固井施工操作复杂，且施工时需要完成多道工序。整个固井施工完成后，为保证将机械套管封固在地层内，需要将水泥充填在套管壁与地层之间的环空中，以保护机械套管。
为了保证油气顺利生产，水泥石具备低渗透率、优良的机械性能和长效的化学抗性是尤为重要的。一般油井水泥可以使水泥具有良好的力学性能和耐久性，但是抗盐和抗酸性能较差，水泥石在水化过程中发生收缩，也会造成渗透率增大，使用高铝水泥能够克服上述缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种高性能铝酸钙油井水泥，该铝酸钙水泥水化时不释放氢氧化钙，形成的六水合铝酸三钙和三水铝石具有较强的化学抗性，其抗腐蚀程度远远大于普通油井水泥。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高性能铝酸钙油井水泥，包括如下重量份的组分：100份铝酸钙油井水泥，20～40份硅粉、0～10份微硅粉、0～2份流型调节剂、0～5份降失水剂、0～5份缓凝剂。
所述铝酸钙油井水泥中矾土含量大于30%。
所述硅粉粒径范围为50～250目。
所述微硅粉粒径范围60～500目。
所述流型调节剂是聚丙烯酰胺、生物聚合物XC、羟乙基纤维素钠、羧甲基羟乙基纤维素钠中的一种或几种组合。
所述缓凝剂是含有羧酸的多元共聚物、有机磷酸盐和葡萄糖酸盐类中的一种。
本发明的有益效果是：水泥石养护7d后强度大于80MPa，后期强度稳定，水泥具备较强的抗盐和抗酸能力。在本发明所述的掺量范围内，水泥浆流变性良好，水泥石高温高压下力学性能稳定。
具体实施方式
本发明的高性能铝酸钙油井水泥，包括如下重量份的组分：100份铝酸钙油井水泥，20～40份硅粉、0～10份微硅粉、0～2份流型调节剂、0～5份降失水剂、0～5份缓凝剂。
所述铝酸钙油井水泥中矾土含量大于30%。
所述硅粉粒径范围为50～250目。
所述微硅粉粒径范围60～500目。
所述流型调节剂是聚丙烯酰胺、生物聚合物XC、羟乙基纤维素钠、羧甲基羟乙基纤维素钠中的一种或几种组合。
所述缓凝剂是含有羧酸的多元共聚物、有机磷酸盐和葡萄糖酸盐类中的一种。
铝酸钙水泥水化过程中会产生CAH10、C2AH8和C4AH19三个亚稳态化合物，这些化合物随着时间的推移最终转变为稳定的六水合铝酸三钙（C3AH6）。在低温条件下，这种转变会造成孔隙度增加和机械强度降低，但是当环境温度大于60℃时，六水合铝酸三钙是主要的水化产物，此时机械强度下降的程度就会大大减小，水泥石体积收缩的问题也会得到改善。
在油井水泥中的使用环境基本高于60℃，配合强度稳定剂的使用能够解决强度下降的问题，同时水泥石的渗透率也能够得到改善。
高性能铝酸钙油井水泥可以在酸性环境下使用，其养护7d后的抗压强度大于80MPa。
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
铝酸钙水泥高温基本性能评价
水泥浆室内实验方法如下：
首先称重各个组分，然后放入一个干净的玻璃容器中用手搅拌混合均匀；将混合好的固相放入高搅机中加入适量水搅拌，4000rpm搅拌25s后，换12000rpm搅拌35秒。测量水泥浆基本性能。将配制好的水泥浆倒入水泥石制作模具中在100℃、35MPa环境下养护7d，测量水泥石抗压强度。实验所使用的铝酸钙配方如下：
配方1：500g铝酸钙水泥+300mL水+150g60目硅粉+20g微硅粉+5gHPAM+3.0g GH-9高温缓凝剂+4g G33S高温降失水剂。
配方2：500g铝酸钙水泥+350mL水+150g60目硅粉+20g微硅粉+5gHPAM+3.0g GH-9高温缓凝剂+4g G33S高温降失水剂。
配方3：500g铝酸钙水泥+400mL水++150g60目硅粉+20g微硅粉+5gHPAM+3.0g GH-9高温缓凝剂+4g G33S高温降失水剂。
实验结果见表1。其中高温缓凝剂GH-9产地为天津勃星；高温降失水剂G33S产地为河南卫辉。HPAM为阴离子聚丙烯酰胺，产地为河北鑫光。
表1铝酸钙水泥的基本性能
Figure BDA0000431588740000041
铝酸钙油井水泥在早期（7d）就能形成较强的抗压强度，其流变性良好，能够完全满足固井需求。
实施例2
称重各个组分，然后放入一个干净的玻璃容器中用手搅拌混合均匀；将混合好的固相放入高搅机中加入适量水搅拌，4000rpm搅拌25s后，换12000rpm搅拌35秒。测量水泥浆基本性能。将配制好的水泥浆倒入水泥石制作模具中在150℃、35MPa环境下养护7d，测量水泥石抗压强度。实验所使用的铝酸钙配方如下：
配方1：500g铝酸钙水泥+300mL水+150g60目硅粉+20g微硅粉+5gHPAM+3.0g GH-9高温缓凝剂+4g G33S高温降失水剂。
配方2：500g铝酸钙水泥+300mL水+150g100目硅粉+20g微硅粉+5gHPAM+3.0g GH-9高温缓凝剂+4g G33S高温降失水剂。
配方3：500g铝酸钙水泥+300mL水++150g140目硅粉+20g微硅粉+5gHPAM+3.0g GH-9高温缓凝剂+4g G33S高温降失水剂。
实验结果见表1。其中高温缓凝剂GH-9产地为天津勃星；高温降失水剂G33S产地为河南卫辉。HPAM为阴离子聚丙烯酰胺，产地为河北鑫光。
表1铝酸钙水泥的基本性能
Figure BDA0000431588740000042
铝酸钙油井水泥抗温性能和流变性能良好，抗压强度随硅粉粒径的减小有所升高。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (6)

1.一种高性能铝酸钙油井水泥，其特征在于，包括如下重量份的组分：100份铝酸钙油井水泥，20～40份硅粉、0～10份微硅粉、0～2份流型调节剂、0～5份降失水剂、0～5份缓凝剂。
2.根据权利要求1所述的高性能铝酸钙油井水泥，其特征在于，所述铝酸钙油井水泥中矾土含量大于30%。
3.根据权利要求1所述的高性能铝酸钙油井水泥，其特征在于，所述硅粉粒径范围为50～250目。
4.根据权利要求1所述的高性能铝酸钙油井水泥，其特征在于，所述微硅粉粒径范围60～500目。
5.根据权利要求1所述的高性能铝酸钙油井水泥，其特征在于，所述流型调节剂是聚丙烯酰胺、生物聚合物XC、羟乙基纤维素钠、羧甲基羟乙基纤维素钠中的一种或几种组合。
6.根据权利要求1所述的高性能铝酸钙油井水泥，其特征在于，所述缓凝剂是含有羧酸的多元共聚物、有机磷酸盐和葡萄糖酸盐类中的一种。
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